Der Fokus der Forschungsgruppe liegt auf dem Gebiet der Graphen- und hBN-Prozess- und Technologieentwicklung. Sie befasst sich sowohl mit grundlegenden Untersuchungen von Graphen und hBN als auch mit der Integration von neuartigen graphenbasierten Bauelementen in die Silizium-Technologieumgebung.
Einerseits ist es von größter Bedeutung, die morphologischen, kristallographischen, chemischen Eigenschaften und Wachstumsmechanismen von 2D-Materialien zu verstehen und zu kontrollieren. Andererseits werden die Entwicklungen von Graphenbauelementen auch unter Bedingungen durchgeführt, die der siliziumbasierten IC-Produktionsumgebung möglichst nahe kommen. Daher ist es unser Ziel, die Lücke zwischen der aktuellen Graphenforschung und modernsten 200-mm-CMOS-Technologien zu schließen. Eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen Materialforschung und Technologie sowie Kooperationen mit nationalen und europäischen Partnern sind etabliert, um die Ergebnisse der 2D-Materialforschung zu sichern.
Forschungsziele
- Forschung und Entwicklung von 2D-Materialien unter CMOS-kompatiblen Bedingungen
- Identifikation und Bewältigung der integrativen Herausforderungen der Graphentechnologie
- Design, Entwicklung und Herstellung von elektrooptischen Modulatoren, basierend auf Graphen
Forschungsschwerpunkte
- quantenmechanische Modellierung der Wachstumsmechanismen von Graphen und hBN
- Simulation und Modellierung der 2D-Bauelemente
- Entwicklung von 200-mm-CVD-Prozessen für hochwertiges Graphen und hBN
- physikalisches Verständnis der Substrat-Graphen-Grenzflächen
- Entwicklung von hBN/Graphen/HBN-Heterostrukturen
- erweiterte elektrische Charakterisierungen von 2D-Materialien
- Einsatz neuer Charakterisierungswerkzeuge und -methoden für die 2D-Materialanalyse
- Untersuchungen von Graphen-EA-Modulatoren und Graphen-Halbleiter-Dioden
- Entwicklung neuer Ansätze für die Herstellung von graphenbasierten Bauelementen
- Etablierung von 200-mm-generischen-Prozessen von Graphen in die CMOS-Pilotlinie
Forschungsergebnisse
Im Hinblick auf diese oben genannten Aktivitäten hat das IHP eine 200-mm-Si-CMOS-kompatible Graphensynthesemethode untersucht und entwickelt. Die CVD-Experimente wurden bei Abscheidungstemperaturen von 800 - 900 °C unter Verwendung von CH4 als Kohlenstoffquelle durchgeführt. Auf der Grundlage der Ergebnisse von DFT-Berechnungen führten wir die hohe strukturelle Qualität von durch CVD auf Ge gezüchtetem Graphen auf die durch Wasserstoff induzierte Verringerung der Keimbildungswahrscheinlichkeit zurück und erklärten das Auftreten von durch Graphen induzierten Facetten auf Ge (001) als einen verursachten kinetischen Effekt durch Oberflächenschritt-Pinning an linearen Graphenkernen. Es wurden verschiedene Ansätze zum Passivieren und Inkontaktbringen von Graphen in einer 200-mm-Wafer-Silizium-Technologieumgebung entwickelt. Schließlich versuchen die Forscher des IHP mit ihrem Fachwissen über photonische Si-Technologien, Konzepte für elektrooptische Modulatoren auf Graphenbasis zu realisieren.
